Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ 4 (2018) 45-51 45<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Nghiên cứu công nghệ khai thác hợp lý và đề xuất giải pháp<br />
thoát nước cho Lò chợ I-7-22A nằm dưới suối gốc Vạng - Công<br />
ty than Nam Mẫu - TKV<br />
Đào Văn Chi 1,*, Lê Quang Phục 1, Đặng Quang Hưng 1, Bùi Quốc Chính 2<br />
1 Khoa Mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam<br />
2 Công ty than Nam Mẫu – TKV, Việt Nam<br />
<br />
<br />
<br />
THÔNG TIN BÀI BÁO TÓM TẮT<br />
<br />
Quá trình:<br />
Lò chợ I-7-22A mỏ than Nam Mẫu nằm dưới lòng suối Gốc Vạng từ 175-<br />
Nhận bài 15/6/2018 200m. Trong điều kiện khai thác ngày càng xuống sâu và khó khăn phức tạp<br />
Chấp nhận 20/7/2018 nên các Lò chợ thuộc cụm vỉa nằm dưới suối Gốc Vạng này được Công ty quy<br />
Đăng online 31/8/2018 hoạch vào khai thác để đảm bảo sản lượng mỏ và tận thu tài nguyên. Tuy<br />
Từ khóa: nhiên, vấn đề giải pháp kỹ thuật công nghệ và an toàn khi khi thác Lò chợ<br />
Lò chợ, kỹ thuật an toàn này cần thiết phải được nghiên cứu tỉ mỉ và chi tiết. Vì vậy, bài báo sử dụng<br />
Công nghệ khai thác<br />
phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tế tại hiện trường để<br />
tiến hành đánh giá, nghiên cứu đề xuất công nghệ khai thác phù hợp đồng<br />
Thoát nước thời đưa ra các giải pháp thoát nước đảm bảo an toàn khi Lò chợ I-7-22A đi<br />
Dưới lòng suối vào hoạt động.<br />
© 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm.<br />
<br />
<br />
(suối Hữu Nghị, suối phía Tây Nam, suối Ngã Hai,<br />
1. Mở đầu<br />
suối Lép Mỹ); Khe Chàm (suối Bàng Nâu, suối Khe<br />
Khai thác than dưới các đối tượng cần bảo vệ Chàm); Mông Dương (suối Khe Chàm, Vũ Môn)(<br />
trên bề mặt địa hình (đối tượng chứa nước, công Viện Khoa học Công nghệ mỏ - Vinacomin, 2010).<br />
trình công nghiệp, khu dân cư…) là một vấn đề lớn Hiện nay đối với vùng mỏ Quảng Ninh chưa<br />
đối với hầu hết các mỏ than hầm lò của Tập đoàn có một công trình nghiên cứu nào về xác định độ<br />
Công nghiệp Than-Khoáng sản Việt Nam, trong đó sâu khai thác an toàn và công nghệ khai thác hợp<br />
vấn đề khai thác dưới các lòng suối, hồ nước là lý cho các cụm vỉa nằm dưới các đối tượng chứa<br />
một thực tế cần được giải quyết cấp bách ở các mỏ nước như nêu ở trên. Chính vì vậy, một khối lượng<br />
như Mạo Khê (suối Văn Lôi, các suối Bình Minh, lớn trữ lượng than chưa được huy động vào khai<br />
Tràng Khê, Tràng Bạch, hồ Ba Cọc, hồ Cầu Cuốn…); thác gây nên lãnh phí tài nguyên.<br />
Vàng Danh (suối Tây Vàng Danh 1 và Tây Vàng Cùng với chủ trương chung của Tập đoàn,<br />
Danh 2; Nam Mẫu (suối Gốc Vạng, Than Thùng); Công ty than Nam Mẫu- TKV có kế hoạch khai thác<br />
Hòn Gai (suối trung tâm mỏ Cái Đá); Quang Hanh tận thu phần cụm vỉa than nằm dưới khu vực suối<br />
_____________________ Gốc Vạng một cách an toàn và hiệu quả. Trong cụm<br />
*Tácgiả liên hệ vỉa này, vỉa V7 nằm trên cùng và được chuẩn bị<br />
E-mail: daovanchi@humg.edu.vn<br />
46 Đào Văn Chi và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 45-51<br />
<br />
thành Lò chợ dài có số hiệu I-7-22A nằm cách suối trung bình 9,5 m (Hình 1).<br />
từ 175m đến 200m. Cũng trong điều kiện tương<br />
tự như Lò chợ này, năm 2011 tại mỏ Vàng Danh 3. Nghiên cứu công nghệ khai thác hợp lý cho<br />
khai thác cụm vỉa 8, 7, 6 năm dưới suối tây Vàng Lò chợ I-7-22A<br />
Danh. Tại đây Công ty than Vàng Danh đã áp dụng Ở các nước trên thế giới đã tích luỹ được<br />
giải pháp đổ bê tông lòng suối đoạn chảy qua khu nhiều kinh nghiệm khai thác dưới các đối tượng<br />
vực khai thác, tuy nhiên đã không mang lại hiệu chứa nước. Nguyên tắc cơ bản xác định khả năng<br />
quả, suối vị đứt gãy và nước chảy vào Lò chợ nhiều khai thác an toàn tránh nguy cơ bục nước vào lò là<br />
gây ngập lụt, mất an toàn trong quá trình khai thác công tác khai thác cần được tiến hành ở một độ<br />
hầm lò bên dưới (Viện Khoa học Công nghệ mỏ - sâu nhất định đảm bảo sao cho vùng biến dạng<br />
Vinacomin, 2010; Quy tắc bảo vệ những công trình uốn võng cùng với hệ thống khe nứt tạo thành<br />
và đối tượng tự nhiên khỏi sự ảnh hưởng tiêu cực trong các tập lớp đá mỏ nằm trên khu vực khai<br />
từ các đường lò của các mỏ than, 1998). thác không lan truyền tới đáy của đối tượng chứa<br />
Chính vì vậy, để làm căn cứ triển khai thực nước. Những giải pháp thường được áp dụng ở<br />
hiện vào thực tế, việc tính toán lựa chọn công nghệ nước ngoài có thể tổng hợp như sau (Phùng Mạnh<br />
khai thác và khả năng thoát nước cho Lò chợ I-7- Đắc, 1991):<br />
22A là rất cần thiết. Việc áp dụng thử nghiệm các - Áp dụng công nghệ khai thác có điều khiển<br />
giải pháp tính toán cũng là tiền đề và cơ sở khoa đá vách bằng chèn lò trong hệ thống khai thác cột<br />
học quan trọng để điều chỉnh phương pháp khai dài theo phương<br />
thác cho các vỉa bên dưới nhằm tận thu được tối - Áp dụng công nghệ khai thác gương lò ngắn<br />
đa tài nguyên. để lại các trụ than bảo vệ giữa các lò khai thác.<br />
- Áp dụng công nghệ khai thác cột dài theo<br />
2. Khái quát chung về Lò chợ I-7-22A<br />
phương với lựa chọn chiều dày khai thác hợp lý.<br />
Khu vực Lò chợ I-7-22A nằm dưới suối Gốc Phương pháp chèn lò có giá thành khai thác<br />
Vạng thuộc vỉa V7 có chiều dày vỉa than trung bình cao, thường chỉ áp dụng trong những trường hợp<br />
8,6 m, góc dốc trung bình của vỉa = 900. Chiều dài đặc biệt. Kinh nghiệm áp dụng thử nghiệm công<br />
Lò chợ trung bình theo hướng dốc 123,6m, chiều nghệ khai thác có điều khiển đá vách bằng chèn lò<br />
dài theo phương trung bình khu vực áp dụng tại Lò chợ vỉa 8 Công ty than Mạo Khê năm 2008<br />
270m. Than trong vỉa thuộc loại bán Antraxit mầu cho thấy chi phí gia công và vận tải vật liệu chèn<br />
đen, ánh kim, cấu tạo phân lớp mỏng, trung bình vào lấp khoảng trống đã khai thác lớn, dẫn đến giá<br />
đến dầy và có cấu tạo khối, than trong vỉa cứng, thành 1 tấn than khai thác cao, năng suất lao động<br />
dòn thường dễ vỡ trong than phát triển nhiều khe bình quân thấp, không đảm bảo hiệu quả khai thác<br />
nứt vuông góc mặt lớp. Độ kiên cố của than f= 1÷2. (Phùng Mạnh Đắc, 1991).<br />
Đá vách trực tiếp gồm các tập lớp bột kết và Phương pháp công nghệ khai thác gương lò<br />
sét kết xen kẽ, sát vách vỉa thường là bột kết tiếp ngắn thường được áp dụng khi khai thác một vỉa<br />
theo là cát kết. Bột kết mầu sám đen hạt to đến độc lập hoặc khi các vỉa không có sự ảnh hưởng<br />
nhỏ, lượng cát tương đối nhiều, trong tập lớp đá lẫn nhau trong quá trình khai thác. Trong trường<br />
vách có kẹp lớp mỏng và chỉ thạch anh. Bột kết có hợp khai thác cụm vỉa nằm gần nhau, trụ than bảo<br />
kết cấu rắn chắc có nhiều khe nứt phân lớp không vệ giữa các lò khai thác ở vỉa nằm trên sẽ có ảnh<br />
rõ ràng, chiều dầy trung bình 0,5m, cường độ hưởng áp lực bất lợi đối với công tác khai thác ở<br />
kháng nén trung bình = 352 KG/cm2, dung trọng vỉa nằm dưới.<br />
= 2,58 T/m3. Cát kết mầu xám đen hạt mịn, kết Phương pháp khai thác Lò chợ cột dài theo<br />
cấu rắn chắc có nhiều khe nứt, chiều dầy trung phương với chiều dày khai thác hợp lý là phương<br />
bình 0,5m, cường độ bền nén trung bình = 907 pháp phổ biến nhất khi khai thác các vỉa dày, đặc<br />
KG/cm2, dung trọng = 2,64 T/m3 (Viện Khoa biệt là khai thác cụm vỉa gần nhau.<br />
học Công nghệ mỏ - Vinacomin, 2014; Trần Xuân Đối với điều kiện địa chất-kỹ thuật mỏ khu<br />
Hà và nnk., 2012). Nhìn chung, vách trực tiếp có vực cụm vỉa V7, V6A, V6, V5 nằm dưới suối Gốc<br />
độ bền vững trung bình dễ sập đổ khi khai thác. Đá Vạng- Công ty than Nam Mẫu thì giải pháp công<br />
trụ vỉa là loại bột kết rắn chắc, thuộc loại ổn định nghệ khai thác Lò chợ cột dài theo phương với độ<br />
trung bình, chiều dầy thay đổi từ 8,0 11 m<br />
Đào Văn Chi và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 45-51 47<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 1. Bình đồ Lò chợ I-7-22A nằm dưới suối.<br />
<br />
sâu và chiều dày khai thác hợp lý là lựa chọn phù với chiều cao khấu gương 2,2m, không thu hồi<br />
hợp nhất. than nóc (Hình 2).<br />
Căn cứ Quy chuẩn quốc gia về an toàn trong Căn cứ các điều kiện trên, đồng thời trên cơ<br />
khai thác than hầm lò năm 2011, để đảm bảo sở công nghệ khai thác tại các Lò chợ dài vùng<br />
không bị nước thẩm thấu nước trực tiếp từ bề mặt Quảng Ninh, nhóm tác giả đề xuất áp dụng giải<br />
xuống khu vực đang khấu than thì chiều cao bảo pháp công nghệ khai thác trong Lò chợ như sau:<br />
vệ theo đường vuông góc tối thiểu phải bằng 40 (1) Công tác khấu và chống lò: sử dụng phương<br />
lần chiều cao khấu. Như vậy với điều kiện Lò chợ pháp khoan nổ mìn để khấu gương với chiều cao<br />
I-7-22A nằm cách suối gần nhất là 175m, dưới đáy 2,2 m. Chống giữ Lò chợ bằng vì chống thuỷ lực<br />
suối có lớp sét dầy 2m thì chiều sâu khai thác an (giá khung hoặc giá thủy lực di động). (2) Công tác<br />
toàn tương ứng tối đa phải nhỏ hơn 175m. Chiều vận tải than: trong Lò chợ và trên lò song song<br />
dày lớp than được phép khai thác của Lò chợ I-7- chân than được vận chuyển bằng máng cào. Sau<br />
22A tương ứng sẽ là 173/40 = 4,3m (Bộ công đó vận chuyển rót vào hộc tháo than và đưa ra<br />
thương, 2011). Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn và ngoài mặt bằng bằng băng tải; (3) Công tác vận tải<br />
cũng là cơ sở xác định chiều cao vùng sụt lún, khe vật liệu: vật liệu, thiết bị phục vụ khai thác được<br />
nứt trong quá trình khai thác I-7-22A, đồng thời vận chuyển bằng tích chuyên dụng từ ngoài mặt<br />
tạo tiền đề cho việc khai thác các Lò chợ bên dưới, bằng cửa lò vào cung cấp cho Lò chợ; (4)<br />
nhóm tác giả đề xuất chỉ khai thác tận thu một lớp<br />
48 Đào Văn Chi và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 45-51<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 2. Mặt cắc xác định chiều sâu khai thác an toàn và công nghệ đề xuất cho Lò chợ I-7-22A.<br />
<br />
Công tác thông gió: cho khu vực Lò chợ bằng ly khu vực Lò chợ khi lượng nước lớn không thể<br />
phương pháp thông gió hút chung của mỏ. kiểm soát được (Hình 3, Hình 4).<br />
Nhằm đánh giá khả năng thoát nước trong Lò<br />
4. Đề xuất giải pháp thoát nước trong quá chợ, nhóm tác giả dự báo lượng nước chảy vào Lò<br />
trình khai thác ở Lò chợ I-7-22A chợ theo công thức sau:<br />
M ( 2H M ) h2<br />
4.1. Giải pháp thoát nước trong Lò chợ QK B (1)<br />
Rr<br />
Vào mùa mưa, khi có lưu lượng nước lớn từ Trong đó: Q: Lượng nước dưới đất chảy vào<br />
thượng nguồn dồn về suối Gốc Vạng, nếu suối lò (m 3 /ngđ); K: Hệ số thấm nước, lấy giá trị trung<br />
không thoát nhanh thì nước có thể sẽ ngấm xuống bình cao của các lỗ khoan thí nghiệm hút nước<br />
Lò chợ qua các khe nứt. Đặc biệt nếu dòng suối bị (m/ng). K=0.07 m/ngđ; H: Chiều cao trung bình<br />
chặn (do trôi trượt bãi thải...) hoặc do công tác nạo cột nước tính từ mực thủy tĩnh lỗ khoan (m). Sử<br />
vét không hiệu quả thì lượng nước thẩm thấu dụng 20 lỗ khoan trong khu vực, ∆Htb = 322,09m;<br />
xuống Lò chợ là rất lớn. Do vậy, để đề phòng hiện<br />
M: Chiều dày trung bình đất đá chứa nước tính từ<br />
tượng bục nước, nước chảy vào lò, nhóm tác giả đáy địa tầng trở lên (m), M = 0,38 H (m); R: Bán<br />
tiến hành nghiên cứu và đề xuất các phương án<br />
kính ảnh hưởng mực nước hạ thấp khi khai thác,<br />
sản xuất đảm bảo an toàn chống bục nước như<br />
sau: tính theo công thức kinh nghiệm R = 10. S K ; S:<br />
- Tuyệt đối tuân thủ chiều cao khai thác lớp Mực nước hạ thấp, khi khai thác đến đáy địa<br />
than theo đúng thiết kế nhằm đảm bảo chiều sâu tầng thì S = H; r : Bán kính lò khai thác, lấy r= 1.5m;<br />
khai thác an toàn dưới suối theo quy chuẩn. h: Lựa chọn mặt phẳng tính toán trùng với mặt<br />
- Xây dựng các tường chắn dự phòng tại lò dọc phẳng gốc, h = 0; B: Chiều dài Lò chợ, B = 136m;<br />
vỉa vận tải và lò dọc dọc thông gió để kịp thời cách Kết quả tính toán được thể hiện trong Bảng 1.<br />
Đào Văn Chi và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 45-51 49<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 3. Vị trí xây tường chắn dự phòng bục nước khu vực Lò chợ I-7-22A.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 4. Kết cấu tường chắn trong Lò chợ I-7-22A.<br />
Bảng 1. Bảng dự báo lưu lượng nước chảy vào Lò chợ I-7-22A.<br />
Địa cấp K H M S h r R Lưu lượng<br />
(m) (m/ng) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m3/ng) (m3/h)<br />
+150 0,07 172,09 198,39 172,09 0 1,5 455,31 606,56 25,84<br />
+125 0,07 197,09 198,39 197,09 0 1,5 521,45 711,28 29,92<br />
+100 0,07 222,09 198,39 222,09 0 1,5 587,59 791,52 32,64<br />
+50 0,07 272,09 198,39 272,09 0 1,5 719,88 908,48 38,08<br />
0 0,07 322,09 198,39 322,09 0 1,5 852,17 990,08 40,8<br />
50 Đào Văn Chi và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 45-51<br />
<br />
Theo tính toán trên, để xử lý phần nước chảy đồng thời xây dựng mạng lưới quan trắc dịch động<br />
vào lò trong quá trình khai thác nhóm tác giả cùng đất đá thường xuyên để tận thu được nhiều tài<br />
với Công ty than Nam Mẫu nghiên cứu thực hiện nguyên than hơn.<br />
đào các hố thu với kích thước DxRxC = 2x2x1m = Bên cạnh việc khai thác, công tác phòng tránh<br />
4 m3 tại lò dọc vỉa vận tải chân Lò chợ sau mỗi sự cố luôn đồng hành đảm bảo an toàn. Giải pháp<br />
luồng khấu để kịp thời thu nước. Sử dụng hệ thống xây dựng tường chắn dự phòng và hệ thống hố thu<br />
máy bơm bơm cưỡng bức từ hố thu nước ra ngoài nước ở chân Lò chợ sẽ hạn chế được lượng nước<br />
với lưu lượng nước từ 10-:-200 m3/h. Trong quá chảy tràn trên đường lò gây ách tắc sản xuất đồng<br />
trình khai thác luôn cập nhật và theo dõi để có kế thời thoát nước dễ dàng hơn qua hệ thống máy<br />
hoạch chuyển diện khai thác kịp thời trong trường bơm.<br />
hợp Lò chợ bị ngập nước (Avershin, 1954).<br />
Tài liệu tham khảo<br />
4.2. Giải pháp thoát nước cho suối Gốc Vạng<br />
Avershin, S. G., 1954. Công tác mỏ dưới các công<br />
Lòng các suối này rộng từ 5m 7m, hạ nguồn trình và hồ chứa, Moscow, Ugletekhizdat. (bản<br />
rộng từ 10m 15m. Càng lên thượng nguồn càng tiếng Nga).<br />
dốc, độ dốc từ 40o60 o. Lòng suối có nhiều đá lăn Bộ công thương, 2011. Quy chuẩn kỹ thuật Quốc<br />
cỡ lớn, đôi chỗ có thác cao từ 1m 2m. Mạng suối gia về An toàn trong khai thác than hầm lò. Nhà<br />
phân bố khắp khu mỏ, có nhiều nhánh nhỏ. Lưu xuất bản Lao động. Hà Nội.<br />
lượng nước ở các suối không ổn định, hệ số biến<br />
đổi lớn. Lưu lượng các suối phụ thuộc theo mùa, Phùng Mạnh Đắc, 1991. Nghiên cứu áp dụng các sơ<br />
mùa khô (tháng 11- tháng 4) lưu lượng trung bình đồ công nghệ khai thác không để lại trụ than<br />
từ 1.90 l/s - 53.06l/s. Mùa mưa (tháng 5 - tháng bảo vệ. Viện Khoa học Công nghệ mỏ -<br />
10) từ 36 l/s - 5901 l/s. Vinacomin, Hà Nội.<br />
Để đảm bảo an toàn, Công ty phải thường Quy tắc bảo vệ những công trình và đối tượng tự<br />
xuyên kiểm tra, khảo sát lòng suối để kịp thời khắc nhiên khỏi sự ảnh hưởng tiêu cực từ các đường<br />
phục sự cố. San lấp các hố sụt lún và lu nền lòng lò của các mỏ than, 1998. St. Petersburg,<br />
suối tại các vị trí Lò chợ khấu qua. Nạo vét lòng VNIMI. (bản tiếng Nga).<br />
suối phía thượng nguồn và phần hạ nguồn để đảm<br />
bảo dòng chảy liên tục. Làm việc cùng với Công ty Trần Xuân Hà, Đặng Vũ Chí, Nguyễn Văn Sung,<br />
than Vàng Danh báo cáo Tập đoàn di chuyển bãi Nguyễn Cao Khải, Nguyễn Văn Thịnh, Phan<br />
thải tránh nguy cơ sạt lở lấp dòng chảy. Quang Văn, 2012. An toàn vệ sinh lao động<br />
trong khai thác mỏ hầm lò, Nhà xuất bản Khoa<br />
5. Kết luận học và Kỹ thuật, Hà Nội.<br />
<br />
Với mục tiêu tận thu tối đa tài nguyên than, Viện Khoa học Công nghệ mỏ - Vinacomin, 2014.<br />
việc sớm nghiên cứu huy động trữ lượng than Báo cáo kết quả nghiệm thu tính chất cơ lý đá<br />
nằm dưới suối vào khai thác đảm bảo an toàn là mỏ than Nam Mẫu. Hà Nội.<br />
rất cần thiết. Kết quả nghiên cứu, tính toán tại Lò Viện Khoa học Công nghệ mỏ - Vinacomin, 2010.<br />
chợ I-7-22A nằm dưới suối Gốc Vạng - Công ty Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khai thác trụ<br />
than Nam Mẫu đã chứng minh được việc khai thác bảo vệ suối Vàng Danh, Hà Nội.<br />
tận thu than dưới suối là hoàn toàn khả thi. Thời<br />
gian qua Công ty đã áp dụng khai thác tại Lò chợ Viện Khoa học Công nghệ mỏ - Vinacomin, 2016.<br />
này với chiều dày khai thác 2,2m đã hoàn toàn Báo cáo kết quả Quan trắc trên bề mặt địa hình<br />
đảm bảo an toàn. Với kết quả trên, quá trình khai vỉa 7,8,9 mỏ than Nam Mẫu. Hà Nội..<br />
thác sẽ từng bước nâng cao chiều dày khai thác<br />
Đào Văn Chi và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 45-51 51<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
ABSTRACT<br />
Study on mining technology and mine drainage for longwall face I-7-<br />
22A underneath Goc Vang stream, Nam Mau coal mine - TKV<br />
Chi Van Dao 1, Phuc Quang Le 1, Hung Quang Dang 1, Chinh Quoc Bui 2<br />
1 Faculty of Geomatics and Land Administration, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam<br />
2 Vinacomin - Nam Mau Coal Company, Vietnam<br />
<br />
<br />
Longwall face I-7-22A at Nam Mau coal mine is lying under Goc Vang stream at level 175-200 m. Due<br />
to the deep mining and complex geological conditions at the mine, faces belong to seams underlying Goc<br />
Vang stream are scheduled to be extracted, ensuring mine productivity and coal resource exploitation.<br />
However, the technology and safety in mining this face should be carefully assessed in detail. This paper<br />
presents assessment and investigation in order to propose appropriate technology and drainage<br />
solutions, contributing to improving mine safety when face I-7-22A is in operation.<br />